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Medindo temperaturas com alta
acurácia e alta resolução,
utilizando ADS1247 e PT100 John W. B. de Araujo, Daniel F.C. Ferrando, e Edson M.
Kakuno [[email protected]]
Universidade Federal do Pampa Campus Bagé
Campus Bagé, 96413-170, Bagé, RS – Brasil
Agradecimentos O presente trabalho foi realizado com apoio do Programa Institucional de Bolsa de
Iniciação à Docência – PIBID (Edital 2014), da CAPES - Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil e impresso com apoio do
Programa de Extensão Observatório de Aprendizagem (PROEXT-MEC 2009). A
Unipampa pelo apoio ao projeto.
Introdução e Objetivos Neste trabalho propomos desenvolver um sistema de medidas de temperaturas
utilizando um conversor analógico digital (ADC) de 24 bits (o que proporciona uma
alta resolução nas medidas) com amplificador de instrumentação de ganho
programável (PGA) e duas fontes de corrente integradas no mesmo chip (ADS1247
da TI – Texas Instruments), e utilizar um PT100 (sensor de temperatura, utilizando
filme de Platina) da Omega, especificado para acurácia de +/- 0,10K a 273 K e +/-
0,27K a 373 K (F2222-100-1/3B). No futuro pretendemos melhorar a acurácia,
fazendo a calibração contra um PT100 com acurácia 3 vezes maior (classe B/10).
Aqui apresentamos a evolução do trabalho para obter as primeiras medidas,
utilizando a plataforma Arduino para poder ler os dados do ADC via comunicação
SPI (Serial Peripheral Interface Bus).
Metodologia Utilizamos o procedimento proposto pela TI no documento “3-Wire RTD
Measurement System Reference Design, -200°C to 850°C”, disponível em seu
site, com pequenas alterações, (medidas a quatro fios e outras). O documento é
bem completo e mostra passo-a-passo a seqüência de cálculos dos componentes.
O foco deste trabalho não é dominar a programação do Arduino, contudo
chamamos a atenção para alguns pontos: a) existe duas versões de comunicação
SPI, utilizamos a versão mais recente que funciona com as versões mais novas do
Arduino (utilizamos a versão 1.6.12); b) observamos falhas em executar o Arduino
no sistema operacional Windows XP e Windows Vista, tivemos sucesso nos
sistemas Windows 8 e Ubuntu. Para a programação do ADS1247, ressaltamos que
a estrutura temporal deve ser observada e caso deseje testar a comunicação
através da medida de temperatura interna do chip, a mesma independente do
ganho ajustado no PGA, o sistema assume ganho 1. O projeto de hardware,
juntamente com o código fonte e observações e dicas podem ser encontras em:
https://github.com/KakiArduino/ADS1247.
Conclusões
Atualmente já conseguimos realizar a comunicação via SPI e programar
uma rotina que retorna a temperatura lida pelo Pt100. Nosso próximos
passos serão, confeccionar uma placa de circuito impresso para
minimizar o ruído, implementar a rotina SPI em um firmware para um
PIC18F, comunicando com o Python.
Referências
KakiArduino. Disponivel em:<https://github.com/KakiArduino/ADS1247>
Acessado em 20/10/2013
Texas Instruments. Disponível em: < http://www.ti.com/lit/ug/slau520a/slau520a.pdf >.
Acesso em 20 /10 de 2013.
Texas Instruments. Disponível em: < http://www.ti.com/lit/ds/sbas426h/sbas426h.pdf>
Acesso em 20 /10 de 2013.
Omega. Disponivel em:<ttp://www.omega.com/subsection/rtd-elements.html>
Acessado em 20/10/2013
Figura 2: Comunicação SPI
entre o Arduino e o ADS1247,
de baixo para cima: serial
clock, saída de dados do
Arduino, saída de dados do
ADS e pulso indicando dados
disponível emitido pelo ADS.
Resultados e Discussões
Medir temperaturas à primeira vista parecer ser um procedimento bastante trivial,
pois praticamente qualquer grandeza física apresenta uma dependência com a
temperatura, contudo determinar o valor real da temperatura (acurácia) com
precisão melhor que 1% ou melhor que 0,1 K (Kelvin, possui a mesma variação da
escala de graus Célsius) não é possível com procedimentos rotineiros. Como
referência, o LM35D, muito utilizado com a plataforma Arduíno, apresenta uma
acurácia de +/- 0,6 K a 298 K (temp. ambiente) e +/- 0,9 K de 273 K a 373 K, estes
são valores típicos e pode ser até 2 vezes maior, segundo o Data Sheet da TI
(Texas Instruments).
Figura 1: Montagem com o Pt100 em detalhe (2,2x2,2 mm²), ADS1247
e Arduino.
Pt100
Figura 3: da esquerda
para a direitas: código
no Arduino ID, pagina
em que o projeto está
disponível e dado
retornado pelo
Arduino: código do
ADS, resistência do
Pt100 e temperatura.
